遙感衛星：過去、現在與未來的軍事利器 小火箭
小火箭出品
本文作者：邢強博士
本文共4226字，25圖。預計閱讀時間：10分鐘。
本文是小火箭遙感系列文章的第5篇。
在開篇《跌宕起伏！美國對蘇聯洲際彈道導彈的偵察與博弈》中，小火箭講述了美國對蘇聯彈道導彈基地的戰略偵察以及飛行員鮑爾斯駕駛U-2與蘇聯14枚薩姆-2地空導彈搏鬥的往事。
第2篇，《小火箭講述一段往事：有關美國絕密軍事衛星的去處》，我們一起探討了美國鎖眼系列超高解析度對地觀測衛星。
第3篇，《小火箭聊美國軍用與民用的天基衛星測控系統》中，小火箭講述了遙感衛星的測控與數據傳輸的技術問題和解決方案。
在第4篇《小火箭：一文了解中國重大專項高分衛星》中，應大家的要求，小火箭詳細介紹和分析了中國高分重大專項對地觀測衛星。
本文，小火箭將要和大家就遙感衛星以及遙感星座的軍事、商業和美學價值，從這三個方面進行詳細分析，算作是對該系列的一個總結吧！
遙感技術
遙感，取遙遠和感知這兩個詞的含義。
各種飛行器上面的多種遙感載荷，根據電磁波的理論，應用各種感測儀器對遠距離目標所輻射和反射的電磁波信息，進行收集、處理，並最後成像，從而對地面各種景物進行探測和識別。
當飛行器載體是大氣層內飛行的無人機、飛艇和飛機時，稱作航空遙感。
當飛行器載體是在太空中運行的衛星、空間站時，稱作航天遙感。
總體上來說，遙感技術就是從人造衛星、飛機或其他飛行器上收集地物目標的電磁輻射信息，判認地球環境和資源的技術。
高分衛星，是高解析度遙感衛星的縮寫。顧名思義，就是擁有較高解析度的對地觀測遙感衛星。
這裡的高解析度，有3重含義：
高時間解析度；
高光譜解析度；
高空間解析度。
利用遙感技術和遙感設備，對地表覆蓋和自然現象進行觀測的人造衛星，主要應用於國土資源勘查、環境監測與保護、城市規劃、農作物估產、防災減災和空間科學試驗等領域，與人們的生活密切相關。
而提到遙感技術，說來可就話長了。小火箭以後專門開啟一個系列吧！
軍事
遙感技術也難逃小火箭定律：
小火箭定律：
迄今為止，在人類工程技術發展史上，幾乎沒有任何一項尖端技術能夠被軍方所忽略。不管這項技術的初衷到底是用於提升人類的生活質量還是僅僅用來滿足人類的好奇心，最終這些傢伙大多都被拿來用於增強軍隊的作戰效能了。
上圖為從天上拍攝的R-7彈道導彈位於拜科努爾發射中心的發射塔架。這張珍貴的照片來源於美國中央情報局，感謝小火箭好友的提供！
該照片由飛臨拜科努爾上空的一架剛剛入役的U-2偵察機拍攝。
如今，航空遙感技術發展到了怎樣的水平呢？
看這張小火箭好友今天送給我的近地圖公司拍攝的航空遙感照片吧！
這是美國亞利桑那州的戴維斯·蒙森空軍基地（世界上最大的軍用飛機拆解中心）。
在這裡，4420多架退役的美國軍用飛機被美軍第309航空維修與再生中隊現場拆解。機體結構在這個常年罕有降水的沙漠中露天存放，精密儀器部件則拆卸下來放在倉庫里妥善保存。
小火箭風格：
北緯 32°08"57.3"N；西經 110°49"58.2"W
而在軍事和尖端技術領域，航天遙感技術的發展也是突飛猛進的。往事歷歷在目。
小火箭要講的往事，是哈勃望遠鏡么？
不是的，我要說哈勃望遠鏡的那些哥哥姐姐們。
這是在洛克希德公司的廠房內正在進行總裝的哈勃望遠鏡。
此時的洛克希德公司，還沒有和馬丁·瑪麗埃塔公司合併。（1993年，兩大軍火巨頭合併，成為了現今全球第一大軍火巨頭洛克希德·馬丁公司。年營業額接近沃爾瑪公司的十分之一。沃爾瑪是全球500強之首，零售業巨頭。）
嗯，是的，哈勃望遠鏡是軍火巨頭洛克希德公司研製的。
前文，小火箭在往事一開始就提到了馬丁·椰林博士與哈勃望遠鏡2.4米直徑鏡片的事情。椰林博士所在的珀金埃爾默公司以光學和流體見長，當時一些非常先進的鏡片加工工藝都是該公司率先提出的。
而上圖則是美國柯達公司的產品。嗯，就是那個以前造膠捲很厲害的公司。
這是一塊2.4米直徑的太空望遠鏡主鏡片（後面的格子是托舉支架），是哈勃望遠鏡的備用鏡片，由柯達公司採用傳統打磨工藝製成。
那麼問題來了，原來哈勃望遠鏡的那塊主鏡片不唯一！到底還有沒有其他的2.4米直徑的鏡片？造這麼多鏡片幹什麼，難道還會有其他太空望遠鏡？
1975年，柯達的工程師史蒂芬·沙森發明了世界上第一台數碼相機。這台數碼相機以磁帶作為存儲介質，擁有1萬像素。拍攝一張黑白照片僅需要23秒。
數碼相機改變了人類文明的呈現方式，也最終在今天與手機和社交網路一起改變了我們的生活方式。結合自拍軟體，我們發現，掩飾真實和塑造假象是如此的便捷。
數碼相機的出現，也改變了人類獲取情報的方式。以前的間諜衛星拍攝到的膠片，需要通過返回式衛星的方式，再入大氣，然後沖印出來。（有關返回式衛星，詳見小火箭的公號文章《飛到天上去摘星：空中回收衛星的那些事》。）
數碼相機技術出現以後，結合無線傳輸技術，間諜衛星可以幾乎無限量地在太空拍攝大量照片了。
不出所料，哈勃望遠鏡僅僅是龐大的照相衛星大家族中的一員，洛克希德公司實際上早就開足馬力批量生產了。
以KH-11和KH-12為代表的鎖眼系列偵察衛星代表了人類太空光學系統的最高技術水平。
這些偵察衛星的體量與5層樓高的哈勃望遠鏡相當。質量在13噸到13.5噸之間（最新的一枚重19.6噸，這個以後詳細說吧）。哈勃望遠鏡的質量為11噸。
鏡片，鎖眼系列衛星全部為高配，陀螺儀也是最好的。
曾有人看到哈勃望遠鏡拍攝的星系和恆星的照片擔心到：如果這傢伙調轉鏡頭，對地面拍攝，豈不是會成為很強大的偵察衛星？
其實，這個多慮了。哈勃望遠鏡的次級鏡面是不能轉動的，更適合執行拍攝遙遠星體這樣的任務。除非用於鏡頭校準，她很少會掉頭來看看她誕生的地方的。
而且，軍方有大量性能遠遠超過哈勃望遠鏡的偵察衛星正在對著地面拍攝，輪不到哈勃望遠鏡出手。
即使哈勃望遠鏡為了對地拍攝在硬體和軟體上進行了升級，其解析度也只能在25厘米量級。而在役的鎖眼KH-11系列偵察衛星，其解析度早已小於15厘米了。
現役的鎖眼系列，其性能已經與哈勃望遠鏡形成了代差。其主鏡片的直徑也突破了2.4米的限制，變得越來越大。
鎖眼衛星的拍攝效果如何呢？
這是一顆早期型號的KH-11偵察衛星拍攝的蘇聯正在建造一艘基輔級航空母艦的船塢的場景。
這張照片是1984年一位名叫塞繆爾·莫里斯的美國海軍情報部門的分析官出售給英國簡氏防務集團的。
這是流傳出來的少有的真正確認由KH-11偵察衛星拍攝的照片。莫里斯因為私自出售照片，被判兩項泄露國家機密罪和兩項盜竊政府財產罪，入獄2年。
後來更新型號的KH-11系列偵察衛星的解析度當然會高很多。因為從預算的角度來看，早期型號的KH-11偵察衛星的單星預算為1.75億美元左右。
後來的KH-11偵察衛星，在有之前的基礎建設和技術積累的情況下，整個項目的預算以及單星的預算還在不斷攀升。
2005年，單顆KH-11偵察衛星的造價為63.5億美元。剛好比2006年10月9日下水的尼米茲級航空母艦布希號的62億美元的造價貴了一點點。
2011年，KH-11偵察衛星的造價被成功控制在44億美元以下。
2014年，美國國偵局追加了2顆KH-11偵察衛星的需求，預算為50億美元。
看，碩大的哈勃望遠鏡大大方方地展示在了徽章中，告訴了我們哈勃望遠鏡長這個樣子。
實際上，作為與哈勃望遠鏡在同一條生產線上誕生，同樣是洛克希德公司出品的KH-11偵察衛星，其外形與哈勃望遠鏡是非常接近的。
上圖是KH-11偵察衛星的示意圖。
幾十年來，美國國偵局不惜血本，精心運作，其鎖眼系列超高解析度對地觀測衛星已經組成了星座。
洛克希德廠房裡的鎖眼-9偵察衛星。
我猜吊運組工程師的壓力還是挺大的。這顆衛星，在當年，造價與一艘核動力航空母艦相當。實際上，算上發射價格的話，這顆鎖眼衛星比核動力航母貴多了。
在2010年9月3日，划過夜空的這道亮線，實際上就是美國國偵局鎖眼系列偵察衛星的鎖眼-11號衛星。
這顆總重達20噸的衛星，攜帶了7噸燃料。在公元1996年1996年12月20日 18點04分，從范登堡空軍基地LC-4E發射場，由大力神運載火箭發射升空。
這顆衛星成本價為10億美元以上，發射費用為4.32億美元。
貴！不過，托航母造價飆升的緣故，衛星總算是比航母便宜了。
至今，該超高解析度偵察衛星依然在軌工作。
小火箭風格，這顆美國絕密偵察衛星當前的運行軌道為：
近地點：241.1公里；
遠地點：674.3公里；
軌道傾角：97.49°。
鎖眼-11偵察衛星在1998年8月20日拍攝的阿富汗山區的一處軍營。
遙感技術，用在軍事上，可以使得進攻方獲得大量戰略和戰術級別的情報。在發起首輪打擊的時候，對對方的導彈發射井、機場和其他軍事要地做到心中有數。
結合遙感星座和天基測控星座，現在或者不久的將來，進攻方能夠在首輪打擊30分鐘以內，獲得詳盡的打擊效果評估報告。
這樣，進攻方的戰鬥機、轟炸機編隊和艦隊，可以在當次打擊返航之前，進行是否進行二次打擊的決策。
這種決策對於戰場態勢的影響往往是決定性的。第二次世界大戰期間，如果日本海軍能夠對偷襲珍珠港的前兩個波次的打擊效果進行現場快速評估，從而決定實施針對重油油庫的第三波次打擊的話，很多歷史場景就得改寫了。
這是小火箭與大家一起聊的美國天基測控星座的發展與布置情況。
天基測控和數據中繼系統雖然不像重型獵鷹火箭那樣引人注目，但是作為太空系統的重要基礎設施，不可不察。
未來的遙感系統是什麼樣的？
小火箭覺得有六點吧！
第一：遙感衛星的空間解析度越來越高，亞米級逐漸成為行業標準。人類對地觀測系統向分米和厘米級邁進；
第二：遙感衛星的光譜解析度越來越高，天氣和煙霧再也不會成為影響遙感效果的主要因素。全天候和全頻譜的觀測時代到來；
第三：對地觀測的時間解析度越來越高，最終形成實時的或者接近實時的全球影像，遙感圖像與遙感視頻並存；
第四：遙感星座的測控，從地面逐漸過渡到太空。未來的天基測控系統會更加發達；
第五：遙感星座的軍事用途與商業用途的界限會越來越模糊，直到完全消失。在應用端大幅拓展的情況下，遙感會快速形成百億美元級別的產業。
第六：遙感衛星本身從單純的圖像獲取載體，變為圖像處理載體。以後，人工智慧系統將會直接設置在衛星上，代替地面的人類進行目標識別和圖像處理工作。今後遙感衛星傳回的，將不再僅僅是數據，而是非常有價值的信息，甚至是直接供人類選擇的多種作戰或城市規劃方案。
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